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多鐵性物質(zhì)作為一種新型多功能的量子材料，在自旋電子學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的潛在應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)鐵電性和磁性互相耦合調(diào)控，將有助于實(shí)現(xiàn)磁電開關(guān)以及存儲(chǔ)等器件小型化和集成化。近年來，REMn2O5（RE為稀土元素）這一體系在磁場作用下表現(xiàn)出新奇的電極化效應(yīng)激發(fā)了廣大國內(nèi)外研究者的興趣。本文中，任偉教授評述了Ponet等人在GdMn2O5單晶中提出的一種由拓?fù)錉顟B(tài)保護(hù)的類似“曲軸（crankshaft）”的磁電開關(guān)及其模型解釋。他們在單晶GdMn2O5中標(biāo)記出兩種不同的Mn離子反鐵磁序鏈，僅當(dāng)施加外磁場與GdMn2O5晶體軸夾角為正負(fù)10°左右的“神奇”角度（magic angle魔角）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1-4四種電極化狀態(tài)切換（圖1）。此時(shí)，隨著掃描兩個(gè)周期外磁場強(qiáng)度的增減變化，一種Mn的自旋方向僅在90°往復(fù)切換，另一種Mn的自旋將發(fā)生360°轉(zhuǎn)動(dòng)。這種效果類似于機(jī)械工程中 “曲軸（crankshaft）”的驅(qū)動(dòng)方式，線性增減變化的外部磁場相當(dāng)于“活塞（piston）”運(yùn)動(dòng)，Mn鏈相當(dāng)于“傳動(dòng)軸（driveshaft）”，從而驅(qū)動(dòng)自旋序的四種狀態(tài)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)磁場對鐵電性的量子調(diào)控。

上海大學(xué)任偉教授在多鐵量子材料領(lǐng)域舉辦了一系列相關(guān)學(xué)術(shù)活動(dòng)，例如2019年1月，國家自然科學(xué)基金委與金磚國家科技創(chuàng)新框架計(jì)劃合作研究“多鐵材料的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)”重點(diǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)（NSFC-BRICS STI Framework Programme Meeting on Electronic and magnetic properties of multiferroic materials）在上海大學(xué)成功召開。上海大學(xué)任偉教授、俄羅斯莫斯科大學(xué)Alexander Pyatakov教授和印度尼赫魯高等科學(xué)研究中心A. Sundaresan教授獲得各自國家基金支持，共同主持開展和加強(qiáng)金磚國家科學(xué)工作者之間的交流與合作項(xiàng)目。早在2016年10月，上海大學(xué)量子中心還組織了第八屆亞太理論物理中心APCTP多鐵材料國際研討會(huì)。APCTP多鐵材料國際研討會(huì)自2008年開始在全球各地舉辦，2016年第八屆研討會(huì)由上海代表中國承辦該國際會(huì)議，為推動(dòng)上海大學(xué)在多鐵材料及量子科技方面的研究發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

論文鏈接：

Nature 607, 34-36 (2022)

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01786-w 

Nature 607, 81-85 (2022)

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04851-6 

參考資料：https://www.scicol.shu.edu.cn/info/1008/10165.htm